Väikelaevaehituse kompetentsikeskuse katsebasseini uuring Kristjan Tabri 1
Sisukord 1 Uuringu taust... 3 2 Katsebasseini eesmärgid ja rakendused... 4 2.1 Katsebasseini eesmärgid... 4 2.2 Mudelkatsete ja erinevate basseinitüüpide lühikirjeldused... 5 3 Eesti väikelaevade tootjad ja tüüpilised tooted... 11 4 Basseini tehnilised parameetrid... 14 4.1 Mudelkatsete skaleerimisseadused... 14 4.2 Katsebasseini parameetrid... 16 5 Võrdlus teiste basseinidega... 20 5.1 Katsebasseinid ülikoolides... 20 5.2 Katsebasseinid Läänemere regioonis... 21 5.3 Läänemere regiooni katsebasseinide pakutavad teenused... 24 6 Instrumentatsioon ja abiseadmed... 25 7 Investeerimisvajadus... 27 8 Teenuste hind... 31 9 Kokkuvõte... 32 10 Viited... 33 Lisa 1. Katsebasseinid ülikoolides... 34 Lisa 2. Katsebasseinid Läänemere regioonis... 36 2
1 Uuringu taust Uuringu eesmärgiks on välja töötada väikelaevaehituse kompetentsikeskusse (VLEKK) planeeritava väikelaevade katsebasseini tehniline lahendus, analüüsida basseini ehitushinda, jooksvaid kulusid ja katsete maksumust. Tehnilise lahendusega määratakse ära basseini tüüp, katsete tüübid, basseini dimensioonid, tehnilised seadmed, mõõteriistad jne. Tehnilise lahenduse väljatöötamisel võetakse arvesse järgmist: Eestis ehitatavaid tüüpilisi väikelaevu mudelkatsete eri tüüpe ja vajadus erinevate katsete järgi katsebasseinid Läänemere piirkonnas katsebasseinid ülikoolides ja teadusasutustes. Katsebassein peaks olema võimeline pakkuma katseid märgatavamalt odavama hinnaga võrreldes Läänemere regioonis asuvate katsebasseinidega. Selleks peavad basseini ehitus ja jooksvad kulud olema madalad, mis eeldab väikesemõõtmelist katsebasseini. 3
2 Katsebasseini eesmärgid ja rakendused 2.1 Katsebasseini eesmärgid Euroopas ja ka Läänemere regioonis on mitmed tegutsevad katsebasseinid, mis pakuvad laia teenustevalikut. Samas on enamus katsebasseine mõeldud peamiselt suurte laevade katsetamiseks, mistõttu on basseinid suurte mõõtmetega ja kõrge teenuse hinnaga. Kõrge hinna tõttu on väikelaevade katsetamine sellistes basseinides kallis ja tihti majanduslikult otstarbetu. Seega on VLEKK planeeritud väiksemõõtmeline ja tehniliselt lihtne katsebassein, mis on projekteeritud väikelaevade vajadusi arvestades. Basseini väikesed dimensioonid ja tehniline lihtsus peavad võimaldama väikelaevade mudelkatseid märgatavalt odavamalt võrreldes Läänemere regioonis tegutsevate katsebasseinidega. Lisaks hinnale soodustab basseini kasutamist selle geograafiline asukoht, kuna nii Eesti ja ka lähimate naaberriikide nagu Läti ja Leedu klientide jaoks vähenevad logistika- ja lähetuskulud miinimumini. Märgatavalt väiksemad kulud võimaldavad Eesti väikelaevaehitajatel sooritada rohkem mudelkatseid ja seega tõsta toodete kvalitatiivset ja tehnilist taset. Tiheda konkurentsiga väikelaeva turul on laeva tehnilistel omadustel tähtis roll ning tehniliselt kõrgetasemelised ja optimeeritud laevakontseptsioonid annaksid Eesti laevaehitajatele eelise võrreldes konkurentidega. Peale selle võimaldab katsebassein tuua turule rohkem Eestis arendatud ja projekteeritud tooteid, kuna enam ei ole vajadus toota laevu allhankena mujal väljaarendatud ja katsetatud projektide järgi. Katsete vajadus tuleneb tihti ka sellest, et laeva ehituslepingusse sageli sisse kirjutatud mudelkatsete nõue. Seega võimaldavad odavamad mudelkatsed müüa tooteid ka mõnevõrra odavama hinnaga. Katsebassein toimib koostöös VLEKK planeeritava tarkvaralaboriga. Katsebasseinist saadud tulemustel on oluline osa kompetentsikeskuse tarkvaraliste teenuste arendamisel ja valideerimisel. Näitena võib tuua laeva takistuse ja laevale mõjuvate lainekoormuste katselise hindamise ja saadud tulemuste rakendamise laevakere optimeerimiseks ja laevakonstruktsioonide tugevusarvutusteks. Samuti saab erinevate tarkvarade ja katsebasseini koostööna analüüsida arvutusmudelite paikapidavust teatud situatsioonides, nagu näiteks MaxSurf tarkvaraga laeva käitumise hindamine vastulaines, või arendada uusi arvutusmudeleid teatud probleemide lahendamiseks. Sellise koostöö tulemusena on võimalik 4
piisava eksperimentaalse valideerimise korral osad katsed asendada numbriliste arvutustega, mis vähendaks selliste analüüside hinda. Uute arvutusmudelite väljatöötamiseks ja arendamiseks peaks VLEKK kaaluma mõne vedeliku dünaamika arvmeetodil (CFD) põhineva arvutustarkvara, nagu näiteks ADINA või CFX, soetamist. Samas puudub praegusel hetkel Eestis kompetents nimetatud tarkvarade kasutamiseks ja nende soetamine oleks mõttekas alles peale katsebasseini mõningast toimimist. 2.2 Mudelkatsete ja erinevate basseinitüüpide lühikirjeldused Laevade katsebasseinis tehtud katsete eesmärgiks on laeva vähendatud mudeli abil analüüsida laeva meresõidu- ja hüdrodünaamilisi omadusi nagu näiteks laeva käitumine lainetes või laeva hõõrde- ja lainetakistus. Näide mudelkatsest on esitatud Joonis 1. Mudelkatsed tehakse enamustele uutele laevadele või laevakontseptsioonidele. Laevade mudelkatsete teoreetilised alused on esitatud teste hulgas näiteks Lewis (1998), Newman (1999). Mudelkatseid puudutavat informatsiooni kogub ja soovituslikke protseduure publitseerib International Towing Tank Conference, ITTC (ittc.sname.org). Joonis 1. Mudelkatse katsebassinis (Maritime Research Institute Netherlands, foto lehelt www.marin. nl). Tüüpilise katsebasseini põhimõtteline ristlõige on esitatud Joonis 2. Katsebasseini juurde kuuluvad üldjuhul väiksem trimmibassein mudeli ettevalmistamiseks, liikuv kelk laevamudeli liigutamiseks, lainegeneraator, lainete summutaja vältimaks lainete peegeldumist, instrumentsioon mõõtmiste tegemiseks ja andmete kogumiseks. 5
Joonis 2. Tüüpilise katsebasseini põhimõtteline ristlõige (joonis ei ole proportsioonis) VLEKK planeeritava katsebasseini eesmärgiks on olla õppebaasiks väikelaevaehituse inseneridele, pakkuda teenusena laevade mudelkatseid väikelaevatööstusele ja osaleda teadusprojektides. Akadeemiliste ja teaduslike eesmärkidena võib välja tuua järgmist: selgitada õpilastele laevade hüdrodünaamiliste omaduste katselise määramise põhialuseid võimaldada elementaarsete hüdrostaatiliste ja -dünaamiliste katsete teostamist võimaldada uute arvmeetodite valideerimist ja arendamist empiiriliste arvutusmudelite kalibreerimine spetsiifilistele laevatüüpidele või - keredele väikesemõõtmelistele katsebasseinidele sobiva katsemetoodika väljatöötamine koostöös teiste katsebasseinidega uute innovaatiliste lahenduste uurimine, arendamine ja valideerimine. Väikelaevatööstus, mille toodeteks üldjuhul ei ole saritooted, vajab uue kerekontseptsiooni, laeva muudetud massijaotuse või muudetud kerekuju korral mitmesuguseid mudelkatseid selgitamaks laeva meresõiduomadusi ja takistust. ITTC järgi tehakse laevamudelitega järgmisi katseid: 1. Laeva takistuse katseline määramine (resistance test) - katsetega määratakse laeva takistus (hõõrde- ja lainetakistus) erinevate kiiruste ja trimminurkade korral. Mudel on kinnitatud katsebasseini kelgu külge, mis kiirendab mudeli sobiva kiiruseni ja hoiab etteantud kiirust kogu katse vältel. Laeva takistust hinnatakse mudeli liigutamiseks kuluva jõu põhjal. Tüüpiline katsebassein (inglise keeles towing tank) on suhteliselt pikk ja kitsas, vt Joonis 3. 6
2. Meresõiduomaduste katseline määramine (seakeeping test) - Katsete eesmärgiks on analüüsida laeva käitumist erinevate omadustega lainetes. Määratakse lainetest tulenevad laeva kiirendused, kiirused ja mõjuvad lainekoormused. Kui kitsas basseinis saab analüüsida laeva käitumist vastu- ja tagantlaines, siis laeva suhtes risti oleva laine korral kasutatakse laia manööverdamisja meresõiduomaduste katsebasseini ja vabalt liikuvat motoriseeritud mudelit (Joonis 4). 3. Manööverdamisvõime katseline määramine (manouvering test) - Katsete eesmärgiks on analüüsida laeva manööverdamisvõimet ja mõõta laeva hüdrodünaamilisi parameetreid, mis võimaldavad laeva käitumise simuleerimist arvmeetodite abil. Katseid tehakse nii kelgu külge kinnitatud mudeliga kui ka vaba mudeliga. Kelgu külge kinnitatuna peab kelk võimaldama mudelit pöörata ümber vertikaaltelje ja liigutada mudelit nii piki kui ka risti basseiniga. Vabalt liikuva mudeli korral peab mudelile olema paigaldatud mootor, käiturseade ja rool, mis võimaldab mudeli juhtimist. Suhtelisel väikese mudeli ja laia katsebasseini korral on manööverdamiskatseid võimalik teha katsebasseinis, mis on näidatud Joonis 3. Suuremate mudelite korral kasutatakse aga manööverdamis- ja meresõiduomaduste katsebasseini (Joonis 4), mis on piisavalt suure laiusega tagamaks mudeli häireteta kulgemise. 4. Käiturseadmete katsetamine (propulsion test) - katsed on sarnased takistuse määramiseks tehtavate katsetega (vt. eelmist), aga kelgu asemel paneb laeva liikuma mudelile paigaldatud mootor ja käiturseade. Katses mõõdetaks käiturseadme tõukejõudu ja momenti. Tüüpiline katsebassein on esitatud Joonis 3. Meresõiduomaduste katseline määramine (seakeeping test) 5. Stabiilsuse katseline määramine (stability test) - Katsete eesmärgiks on analüüsida laeva stabiilsust ja püstuvust. Sõltuvalt mudeli ehitusest saab hinnata nii terve kui ka vigastatud laeva stabiilsust. Katseid saab teha kitsas katsebasseinis. Samas, kuna laeva stabiilsuse ja püstuvuse hindamiseks on arendatud täpsed arvutusmeetodid, siis nimetatud katsed asendatakse tihti arvutustega. 6. Jääs kulgemise katseline määramine (ice tests) - Katsete eesmärgiks on analüüsida laeva kulgemist jääs. Analüüsitakse laeva taksitust jääs kulgemisel, laeva võimsustarvet, manööverdamisvõimet jne. Peale selle analüüsitakse jääbasseinides ka offshore konstruktsioonide käitumist jääs. 7
Jääbasseinil peavad olema külmutusseadmed, mis võimaldavad vee pinda jäätumiseni jahutada. Jääbasseinis muudetakse vee omadusi saavutamaks mudeli mõõtkavale vastavad jää parameetrid. Jääbassein on näidatud Joonis 5. 7. Kavitatsioonikatse (Cavitation tests) - Katsetega uuritakse sõukruvide käitumist ja kaviteerumist. Katsed tehakse spetsiaalsetes kavitatsioonitunnelites, vt Joonis 6. Joonis 3. Pikk ja kitsas katsebassein (towing tank) New Orleans i Ülikoolis (foto lehelt www.name.uno.edu/towtank/towtank.aspx). Joonis 4. Meresõiduomaduste katsebassein (seakeeping basin) MARIN is (foto lehelt www.marin.nl). 8
Katsete ITTC põhjalikumad kirjeldused on antud viited SNAME 4. Kõige esmasemad katsed on laeva takistuse, meresõiduomaduste ning manööverdamisvõime hindamiseks. Jääs kulgemise katsed tehakse üldiselt suurematele laevadele ja kavitatsioonitunnelis tehakse vaid väga spetsiifilisi katseid. VLEKK i on plaanitud katsebasseini, mis võimaldaks teha kõige esmasemaid katseid. Seega on planeeritud katseteks laeva takistuse katselist määramine (resistance test) ja teatud ulatuses ka meresõiduomaduste (seakeeping test) ja manööverdamisvõime hindamine (manoeuvring test). Seega on kompetentsikeskusse sobiv pikk ja kitsas bassein (towing tank), milline on kujutatud Joonisel 3. Katsebasseini sobivate mõõtmete määramiseks vaadeldakse Eestis ehitatavaid väikelaevu. Joonis 5. Jääbassen Hamburgis HSVA s. 9
Joonis 6. Kavitatsioonitunnel MARIN is (foto lehelt www.marin.nl). KOKKUVÕTE ERINEVATEST KATSETEST JA BASSEINIDEST: VLEKK planeeritav katsebassein peab võimaldama laeva veetakistuse katselist määramist (resistance test) ja teatud ulatuses ka meresõiduomaduste (seakeeping test) ning manööverdamisvõime hindamist (manoeuvring test). Kompetentsikeskusse on sobiv pikk ja kitsas katsebassein (towing tank). 10
3 Eesti väikelaevade tootjad ja tüüpilised tooted Eesti väikelaevaehitajate tooted ulatuvad väikestest plastikpaatidest suhteliselt suurte töölaevade, mootorjahtide ja purjekateni. Katebasseini tehniliste parameetrite selgitamiseks vaadeldakse peamiselt suuremate mõõtmetega väikelaevu, kuna laeva mõõtmetel on otsene seos katsebasseini dimensioonidega. Pikkuselt suurimad Eestis ehitatavad väikelaevad on 25-30 m pikkused. Sellise pikkusega laevade tüüpilised näited on toodud Joonistel 7 ja 8. Neist laevades suuremaid ei loeta enam väikelaevadeks ja nende katsetamiseks võib olla vajalik pikema katsebasseini kasutamine. Lisaks ehitatakse Eestis kiireid mootorjahte, purjejahte (Joonis 9), väiksemaid plastikpaate jms. Joonis 7. Baltic Workboats is ehitatud piirivalve kaater Patrol-24 (foto lehelt www.balticworkboats.ee). Joonis 8. Reval Shipbuilding us ehitatud parvlaev Koidula (foto MEC Insenerilahendused) 11
(a) (b) Joonis 9. Saare Paat is ehitatud mootorjaht Stormer (a) ja purjejaht Saare 41 (b), (foto lehelt www.saarepaat.ee). Näideteks on valitud väikelaevad mis on Eesti ehitatud ja peamiselt ka Eesti välja töötatud ja projekteeritud. Näidete näol ei ole tegemist Eestis toodetavate väikelaevade täieliku nimekirjaga, näited esitavad vaid väikest osa Eesti väikelaevatööstuse toodetest. Näidetena toodud väikelaevade peamised tehnilised parameetrid on esitatud Tabelis 1. Nende andmete põhjal on määratletud maksimaalsed laeva peamõõtmed ja parameetrid, milledele vastavat väikelaeva peab olema võimalik katsebasseinis katsetada. Tabel 1. Mõnede Eesti ehitatud väikelaevade tehnilised parameetrid (maksimaalsed väärtused on tumendatud) Parameeter Patrol-24 Koidula Stormer Saare 41 Pikkus [m] 25 32 7.47 12.5 Laius [m] 5.65 8.5 2.4 3.92 Süvis *m+ ~1.35 0.9 0.8 2.0 Ristlõike pindala *m 2 ] ~4 ~7.5 ~1.5 ~5 Mass [ton] 42 167 1.7 10.5 Kiirus [kn] >35 8.5 32 Tabelist 1 selgub, et Eestis ehitatakse nii suhteliselt suuri ja kergeid aga väga kiireid laevu kui ka märgatavalt raskemaid, suuremamõõtmelisemaid kuid aeglasemaid laevu. Basseini dimensioonide valikul peab lähtuma peamiselt katsetatava laevamudeli mõõtmetest, mis omakorda sõltuvad laeva mõõtmetest ja kasutatavast mõõtkavast. Tehnilise lahenduse väljatöötamisel aluseks võetud parameetrid on esitatud Tabelis 2. 12
Tabel 2. Basseini katsetatavate laevade maksimaalsed parameetrid. Parameeter väärtus Pikkus [m] ~30 Laius [m] ~8 Süvis *m+ ~2.5 Ristlõike pindala *m 2 ] ~7.5 Kaal [ton] ~200 Kiirus [kn] >35 KOKKUVÕTE TÜÜPILISEST KATSETATAVAST LAEVAST: VLEKK planeeritav katsebassein peab võimaldama järgmistele parameetritele vastava laeva katsetamist: pikkus ~30m, laius ~8m, süvis ~2.5m, ristlõikepindala 7.5 m 2, kaal ~200ton, kiirus >35 kn. 13
4 Basseini tehnilised parameetrid Basseini tehnilised parameetrid nagu mudeli maksimaalsed dimensioonid, kelgu kiirus, mõõtkava jms on peamiselt määratud katsetatavate laevade peadimensioonidega. ITTC (viide ITTC REQ) esitab teatud nõudmisi laevamudeli ja basseini parameetrite omavahelistele suhetele, mida järgnevalt analüüsitakse. Basseini tehniliste parameetrite väljatöötamisel on aluseks võetud Tabelis 2 esitatud laeva parameetrid. Basseini parameetrid sõltuvad ka kasutatavast skaleerimisseadusest, mida on analüüsitud järgmises punktis. 4.1 Mudelkatsete skaleerimisseadused Laevale mõjuvad peamised jõud on hüdrodünaamilised jõud nagu hõõrdetakistus, lainete tekitamise takistus ja merelainetest tulenev takistus, gravitatsioonijõud ja inertsijõud. Mudelkatsed kirjeldavad täpselt täismõõtkavas toimuvat kui kahe erineva jõu vaheline suhe on sama mudel- ja täismõõtkavas ehk teisisõnu on tagatud dünaamiline samasus. Dünaamiline samasus eeldab geomeetrilist samasust, mis eeldab sarnast rõhu ja välisjõudude jaotust laevakerel. Geomeetrilise samasuse nõue on ilmne, kuna see määrab veerõhu jaotuse laevamudelil ja seega mõjutab mudeli positsiooni ja liikumist. Geomeetriline samasus tagatakse jagades täismõõtkava laeva mõõtmed skaaleerimisteguriga : x M x S, ( 1) kus *x+ märgib vajalike koordinaate defineerimaks laeva keret. Alaindeksid M ja S viitavad vastavalt mudel- ja täismõõtkavale. Kõigi teiste parameetrite skaleerimine põhineb parameetril. Dünaamiline samasus eeldab ka kinemaatilist samasust, mis määrab mudel- ja täismõõtkava laeva liikumiste ja ajaintervallide samasuse. Kõik laevale mõjuvad jõud tuleb kirjeldada nende algupärale põhinedes teatud parameetrite kaudu. Sellisteks parameetriteks on laeva pikkus l. kiirus v, veetihedus ja vee viskoossus Inertsjõud F I tulenevad laeva ja vee kiirendusest ja on seega avladatavad järgmiselt: FI ~ 2 2 l v. ( 2) Gravitatisoon ja hüdrostaatilised jõud kirjeldavad laeva potentsiaalse energia muutust ja on seega 14
FG ~ 3 gl ( 3) ja viskoosne hõõrdejõud F on F ~ vl. ( 4) Ruutjuur inerts- ja gravitatsioonijõudude suhtest annab Froude arvu F n 2 2 FI l v v 3 G, ( 5) F gl gl Samas, kui inertsjõudude ja viskoossete jõudude suhe annab Reynoldsi arvu: R N 2 2 FI l v lv F vl. ( 6) Nii Froude kui ka Reynoldsi arv on mittedimensionaalsed suurused ja ei sõltu mõõtmetest vaid nende suhetest. Et Froude arv oleks sama nii mudel- kui ka täismõõtkavas, saame Froude skaleerimisseadusel põhineva laevamudeli kiiruseks v M v S. ( 7) Dünaamiline samasus nõuab ka sama Reynoldsi arvu mudel- ja täismõõtkavas, mis annab Reynoldis skaleerimisseaduse põhjal laevamudeli kiiruseks v M v. ( 8) S On ilmne, et samaaegselt ei saa kehtida valemid ( 7) ja ( 8). Seega, ei ole mudelkatsetes võimalik tagada samaaegselt õiged seosed inertsi-, gravitatsiooni- ja viskoossete jõudude vahel. Reynoldsi skaleerimisseaduse kasutamine eeldab mudeli väga suurt kiirust. Näiteks kasutades mõõtkava =10, peab mudeli kiirus olema 10 korda suurem täismõõtkavas laeva kiirusest. Samuti on üldjuhul laeva käitumise ja vees liikumise takistuse hindamisel gravitatsioonijõududel suurem osatähtsus võrreldes viskoossete jõududega. Seega on tehnilise lihtsuse seisukohast enem kasutusel Froude skaleerimisseadus. Froude skaleerimisseaduse korral on laevamudeli Reynoldsi arv liiga väike ja mudelile rakenduvad inertsjõududega võrreldes suuremad viskoossed jõud võrreldes täismõõtkavaga. Froude skaleerimisseadusest tulenevad liigsuured mõõdetud viskoossed arvutatakse peale katset ümber vastavalt viites (Newman, 1999) esitatule. 15
Froude skaleerimisseaduse korral tagatakse ligikaudne dünaamiline samasus erinevate parameetrite järgneval skaleerimisel: pikkus pindala ruumala jõud aeg kiirus energia l~ A~ V~ F~ t~ v~ E~ ( 9) 4.2 Katsebasseini parameetrid Takistuse ja meresõiduomaduste mudelkatsed tehakse üldjuhul mõõtskaalas =10-12.5. Froude skaleerimisseadus, valem ( 7), ja valem ( 9) võimaldavad Tabeli 2 põhjal arvutada katsetatavate mudelite maksimaalsed mõõtmed ja parameetrid. Arvutustes on kasutatud mõõtkava l=10. Sellisel juhul on Tabeli 2 põhjal laevamudeli maksimaalseks pikkuseks ligikaudu 30 LM 3[ m ]. ( 10) 10 Üle 30 m laevade korral võib kasutada väiksemat mõõtkava ( =12.5) hoidmaks mudeli pikkust alla 3 m. Mudeli maksimaalne laius ja süvis on ligikaudu B D M M 8 0.8[ m] 10. ( 11) 2.5 0.25[ m] 10 Mudeli maksimaalseks ristlõikepindalaks on 7.5 10 10 2 AM 0.075 [ m ]. ( 12) Mudeli maksimaalseks kaaluks on ligikaudu 3 200 10 kg mm 200[ kg ]. ( 13) 3 10 Mudeli kiiruseks on 35 kn (35 kn=35x0.5144 m/s=18 m/s) täismõõtkava kiiruse korral 16
35 18m kn v s M 5.7[ m / s ]. ( 14) 10 10 ITTC (SNAME 4, 2005) ja muude allikate soovitused basseini dimensioonidele ja parameetritele on järgmised: basseini sügavus i. basseini sügavus peab olema minimaalselt võrdne mudeli pikkusega vältimaks lainete interferentsi, seega ligikaudu 3m (Lewis, 1998) ii. Simuleerimaks laeva takistust sügavas vees peab teatud laevatüüpide korral basseini laius iii. iv. mudeli kiirus olema väiksem kui 0.7 gh, kus h on basseini sügavus (SNAME 2 (1999), peatükk 4.2.6). Arvestades mudeli kiiruseks 5.7 m/s, peaks basseini sügavus =10 korral olema 17 2 2 1 v M 1 5.7 h 6.8 [ m], mis on g 0.7 9.81 0.7 märgatavalt suurem tingimuse (i) poolt esitatud nõudest. Samas ei arvesta antud valem mudeli mõõtmetega. Kuna katsebasseinis katsetatakse peamiselt väikese süvisega väikelaevu, siis ei ole antud nõude väga range järgmine vajalik. Samuti võib kiiremate mudelit korral väiksemat mõõtkava, mille korral mudeli kiirus v M on väiksem. Basseini laius peaks olema ligikaudu kaks korda suurem mudeli pikkusest vältimaks lainete interferentsi, seega 2x3=6m. (Lewis (1998); SNAME 1 (2002), peatükk 3.8.5). Kuna 30 m pikkused laevad ei ole väga tüüpilised Eestis ehitatavad väikelaevad, siis on mõistlik selliste laevade korral kasutada väiksemat mõõtkava ja piirata basseini laius 5 meetriga ja mudeli pikkus ligikaudu 2.5-3 meetriga. Samuti saab väiksemate dimensioonide korral arvutada korrigeeriva nö. blockage coefficient i millega kompenseeritakse laeva kiirust võtmaks arvesse basseini liigväikseid dimensioone. Planeerivate laevade korral peaks basseini laius olema vähemal seitse korda suurem mudeli laiusest, seega 7x0.8=5.6 [m] (SNAME 1 (2002), peatükk 3.8.5). Samas ei ole sellise laiusega mudelid tüüpilised Eestis ehitatavad väikelaevad ja
laiade laevade korral võib kasutada väiksemat mõõtkava. Samuti saab väiksemate dimensioonide korral arvutada korrigeeriva nö. blockage coefficient i millega kompenseeritakse laeva kiirust võtmaks arvesse basseini liigväikseid dimensioone. basseini ristlõikepindala v. Basseini ristlõikepindala peaks olema 200 korda suurem mudeli ristlõike pindalast, et ei tekiks ebasoovitavat vee voolamist mudeli ümber, mida kutsutakse blockage effecktiks. Maksimaalne mudeli ristlõikepindala on 0.075 [m 2 ], mis annab basseini minimaalseks ristlõikepindalaks 0.075x200=15 *m 2 ]. Seega on antud nõue tagatud 5 *m+ laia ja 3 *m+ sügava basseini korral. basseini pikkus vi. Basseini pikkuse defineerib peamiselt mõõtmisteks vajalik aeg. Rangeimad kriteeriumid sätestavad meresõidu omaduste määramisteks tehtud katsed, kus regulaarsete lainete korral peam mõõtmise hõlmama ligikaudu 10 laine kohtamist laevaga ja irregulaarsete lainete korral vähemal 100 laine kohtamist laevaga. Kuna VLEKK on planeeritud suhteliselt lühike bassein, siis on realistlik teha katseid vaid regulaarsete lainetega. Võttes laine perioodiks ligikaudu T W =4 [sek] ja laine pikkuseks L=1.56T 2 =39 [m+, on 10 vähendatud mõõtkava laine jaoks vaja basseinipikkust minimaalselt 40 [m]. Arvestades ka mudeli kiirendamiseks ja pidurdamiseks kuluvat teepikkust kokku umber 10 [m], peab basseini minimaalseks pikkuseks olema ligikaudu 50 [m]. Arvestades, et lained levivad ligikaudu kiirusega C=L/T=7.8 [m/s] kohtab mudel vastulaine korral 40 meetri läbimisel loomulikult üle 10 laine. Samas ei ole sellise pikkusega basseinis võimalik täies mahus hinnata laeva käitumist irregulaarses laines. muud vii. Veel tuleb tähelepanu pöörata mudeli aerodünaamilisele takistusele ja turbulentside simuleerimisele mudeli ümber. Need on aga mudeli tehnoloogiat puudutavad küsimused ja ei ole primaarsed basseini parameetrite määramisel. Erinevatest soovitustest tulenevad nõuded on esitatud Tabelis 3, kus on esitatud ka soovituslikud dimensioonid basseinile. 18
Tabel 3. Katsetatava mudeli ja katsebasseini peamised parameetrid Parameeter Basseini Mudeli mõõt ITTC soovituslik parameetrid Pikkus [m] 3 >50 >50 Laius [m] 0.8 6 5 Süvis/sügavus 0.25 3-6.7 3.5 Mudeli kiirus 5.6-5.5 KOKKUVÕTE TEHNILISTEST PARAMEETRITEST: Katsetatavate mudelite parameetrid on ligikaudu pikkus ~3m, laius ~0.8m, süvis ~0.25m, kaal ~200 kg, kiirus >5.5 m/s. Vastavalt ITTC poolt kehtestatud soovitustele oleks sellise mudeli katsetamiseks sobiva katsebasseini parameetrid järgmised: pikkus >50m, laius 6m, süvis ~6.5m. Hoidmaks basseini mõõtmed piisavalt väikesed peaks bassein olema minimaalselt järgmiste mõõtmetega: pikkus ~50m, laius 5m, süvis 3-4 m. 19
5 Võrdlus teiste basseinidega Euroopas ja Läänemere regioonis tegutseb mitmeid katsebasseine. Eesti väikelaevaehitajatest on enim katseid teinud Baltic Workboats, kes on katseid teinud nii Helsingi Tehnikaülikooli/VTT katsebasseinis kui ka Rootsis Göteburgis asuvas SSPA katsebasseinis. Saaremaa Laevakompanii tellitud ja BLRT Grupp poolt ehitatud parvlaevade mudelkatsed on tehtud Saksamaal Hamburgis HSVA katsebasseinis. Samas on nimetatud basseinides katsete tegemine kallis ja hind on selgelt piiravaks teguriks katsete tegemisel. Järgmistes peatükkides on analüüsitud teadusasutustes ja ülikoolides tegutsevaid katsebasseine. Eraldi on välja toodud Läänemere regioonis tegutsevad katsebasseinid. 5.1 Katsebasseinid ülikoolides Katsebasseine on peamiselt mudelkatsetele spetsialiseerunud teadusasutuste ja ülikoolide juures. Teadusasutustes on kasutusel suhteliselt suured katsebasseinid, millede maht jääb vahemikku 15000 kuni 60000 m 3. Lisaks teadusasutustele omab katsebasseine ka enamus laevaehitajaid koolitavaid ülikoole. Sageli kasutab ülikool läheduses asuva teadusasutuse katsebasseini, näiteks SSPA Rootsis, VTT ja Aalto Ülikool Soomes ning Marintek ja NTNU Norras. Sarnane ideoloogia on ka planeeritaval VLEKK katsebasseinil, kus basseini kasutaksid õppetööks nii õpilased kui kompetentsikeskus teenuste osutamiseks ja teadustööks. Joonis 10. Ülikoolides kasutatavate katsebasseinide pikkused 20
Ülikoolide basseinid on üldjuhul väiksemad võrreldes teadusasutuste basseinidega ja jäävad vahemikku 100 kuni 2500 m 3, vaata Joonis 10 ja Joonis 11. Väikseimad ülikoolide basseinid, millega saab sooritada praktilisi katseid, on vahemikus 100 kuni 400 m 3. Joonistel on punasega märgitud nö. keskmine ülikooli katsebassein, mille pikkus on 62 m, laius 3.8 m, sügavus 2 m, ruumala 560 m 3 ja mudeli kiirus 5.1 m/s. Selliste dimensioonidega bassein on võrreldav VLEKK planeetivale basseinile. Joonis 11. Ülikoolides kasutatavate katsebasseinide süvised ja laiused 5.2 Katsebasseinid Läänemere regioonis Läänemere regioonis tegutsevad katsebasseinid ja nende peamised parameetrid on esitatud Lisas 2 ja Joonistel 12-13. Joonistel on punase ringiga toodud Läänemere regiooni katsebasseinide keskmised väärtused. Oranži ruuduga on märgitud VLEKK planeeritav katsebasseini parameetrid (vt Peatükki 4.2). Joonistele on märgitud ka regressioonkõver basseinide paremaks võrdlemiseks. Võrdluses ei ole arvestatud jääbasseine ega manööverdamisvõime- ja mereomaduste määramiseks mõeldud laiu katsebasseine: Esitatud on vaid basseinid, mis on võrreldavad VLEKK i planeeritava basseiniga. 21
sügavus [m] laius [m] Väikelaevaehituse kompetentsikeskuse katsebasseini uuring 25 20 15 10 5 0 0 100 200 300 400 500 600 700 pikkus[m] Joonis 12. Läänemere regiooni katsebasseinide laius pikkuse funktsioonina. Pikkuse ja laiuse graafikust Joonisel 12 selgub, et VLEKK katsebassein on selgelt lühem ka kitsam võrreldes muude Läänemere regiooni katsebasseinidega. Samas asub VLEKK bassein väga lähedal regressioonkõverale, mis näitab, et basseini laiuse ja pikkuse suhe on sarnane teiste basseinidega. 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 700 pikkus[m] Joonis 13. Läänemere regiooni katsebasseinide sügavus pikkuse funktsioonina Sügavuse ja pikkuse graafikult Joonisel 13 näeme, et VLEKK katsebassein on suhteliselt sügavam võrreldes teiste basseinidega. Suurem sügavus on vajalik, kuna katsetatavad väikelaevad on suhteliselt kiired, mis eeldavad basseini suurt sügavust, vt. peatükki 4.2. 22
L M /L B [-] sügavus/laius [-] Väikelaevaehituse kompetentsikeskuse katsebasseini uuring Joonistel 14-15 on esitatud erinevate parameetrite suhteid. Jooniselt 14 selgub, et VLEKK katsebassein on suhteliselt suure sügavusega võrreldes basseini laiusega. Nagu juba selgitatud tuleneb see suhteliselt kiirete laevade katsetamisest. 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 pikkus[m] Joonis 14. Läänemere regiooni katsebasseinide sügavuse ja laiuse suhe pikkuse funktsioonina Mudeli maksimaalse pikkuse ja basseini pikkuse suhe L M /L B on esitatud Joonisel 15. Jooniselt selgub, et VLEKK planeeritava basseini mudeli pikkuse ja basseini pikkuse suhe 3/5=0.6 on veidi kõrgemal regressioonkõverast. Seega on 3 [m] pikkuse mudeli korral on 50 [m] rahuldavaks minimaalseks väärtuseks. 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Joonis 15. Läänemere regiooni katsebasseinide maksimaalse mudeli pikkuse ja basseini pikkuse suhe. 23 pikkus[m]
5.3 Läänemere regiooni katsebasseinide pakutavad teenused Läänemere katsebasseinide teenuste valik on lai ja ITTC põhjal (ITTC 1, 1995) on kaetud kõik punktis 2.2 loetletud katsed. Seega on VLEKK planeeritava katsebasseini eeliseks teenuse madalam hind, mis on võimalik tulenevalt basseini väiksematest mõõtmetest. Tüüpilise takistuskatse hind Helisngi Tehnikaülikooli/VTT katsebasseinis ja Götegurgis SSPA basseinis algab hinnanguliselt 315 000 kroonist (20 000 EUR). Peatükis 8 on hinnatud, et VLEKK basseinis oleks võimalik sarnast katset sooritada hinnaga alates 85 000 krooni. Peale selle vähenevad Eesti laevaehitajatele märgatavalt transpordiga seotud kulud. KOKKUVÕTE: Võrdluses muude ülikoolides tegutsevate katsebasseinidega näitab, et VLEKK plaanitav katsebassein on oma mõõtmetelt sarnane keskmise ülikoolis tegutseva basseiniga. Võrreldes Läänemere regioonis tegutsevate katsebasseinidega on tegemist suhteliselt väikese basseiniga. Läänemere piirkonnas tegutsevate katsebasseinide teenuste valik katab Eesti väikelaevaehitajate vajadused, aga katsete maksumus on väga kõrge. Seega, VLEKK katsebasseini eeliseks võiks olla basseini väiksed dimensioonid ja sellest tulenev märgatavalt väiksem katsete hind. 24
6 Instrumentatsioon ja abiseadmed Katsebasseini põhimõtteline skeem on esitatud Joonisel 16. Katsetatav mudel valmistatakse ette ja varustatakse mõõteseadmetega ettevalmistusalal. Ettevalmistusalalt viiakse mudel tõsteseadme abil trimmibasseini, kus toimub mudeli lõplik tasakaalustamine, seadmete ühendamine kelgul asuva andmekogumissüsteemiga ja mudeli kinnitamine kelgule. Katse ajal kiirendab kelk mudeli soovitud kiiruseni ja järgib soovitud kiirusprofiili kogu katse jooksul. Katsebasseinides kasutatakse mehitatud ja mehitamata kelke. Mehitamata kelkude eeliseks on väiksem kaal ja sellest tulenev suurem kiirendus, mis võimaldab saavutada vajaliku kiiruse väiksema vahemaaga. Arvestades planeeritava basseini suhteliselt väikest pikkust on soovitav kasutada mehitamata kelku. Samas, peab kelgu kandevõime võimaldama inimeste kelgul viibimise katsete vahepeal. Kelgu kaalu vähendamiseks võivad osad mõõteseadmed asuda kaldal mitte kelgul. Vajadusel tekitatakse katse ajal lainegeneraatoriga sobivate omadustega laineid. Lainete tagasipeegeldumise vältimiseks on bassein varustatud lainete summutajaga. Joonis 16. Katsebasseini põhimõtteline skeem Bassein seadmed võib jagada mõõteseadmeteks ja abiseadmeteks. Tüüpiline mõõtesüsteem on esitatud Joonisel 17. 25
Joonis 17. Tüüpiline mõõtesüsteem ITTC järgi (SNAME 3, 2002) Joonise 17 põhjal on peamisteks mõõteseadmeteks: Jõu- ja momendiandurid mudeli takistuse ja mõjuvate jõudude hindamiseks Kiirendusandurid mudeli kiirenduste ja kiiruste hindamiseks Kiirusandurid kelgu kiiruse määramiseks Inklinomeeter mudeli trimmi määramiseks Mõõteandmete kogumis- ja talletussüsteem Veekõrguse andurid lainetuse mõõtmiseks Peamised abiseadmed on järgmised: 1. Tõsteseade (a la pukk- või delferkraana) tõstejõuga kuni 750 kg 2. Liikuv kelk mudeli liigutamiseks. Elektriliste mootorite jõul liikuv mehitamata seade, mis kannab ka teatud osa mõõteaparatuurist. 3. Lainegeneraator lainete tekitamiseks 4. Lainete summutaja lainete tagasipeegeldumise vältimiseks 26
7 Investeerimisvajadus Mõõte- ja abiseadmete ligikaudsed hinnad on esitatud Tabelis 4. Tabelis on antud ka erinevate mõõteseadmete vajalik arv. Tabelis antud hinnad on ligikaudsed kuna mõõteseadmed sõltuvad eri süsteemide tehnilisest lahendusest. Hindade täpsustamine on võimalik peale basseini, kelgu ja lainegeneraatorite (eskiis)projektide koostamist. Tabel 4 põhjal on mõõte- ja abiseadmete soetamiseks vajalik investeering ligikaudu 2.4 mln krooni. Tabel 4. Mõõte- ja abiseadmete hinnaprognoos Seade ühik hulk ühiku maksumus Maksumus (EEK) Mõõteseadmed 1 Kelgu kiirusandur tk 2 5 000 10 000 2 1-suunaline kiirendusandur tk 3 16 000 48 000 3 6-kiirendusandur (a la Crossbow DMU- AHRS) tk 1 87 000 87 000 4 1-suunaline jõuandur (~2500 N) tk 2 18 000 36 000 5 Momendiandur (~3500 Nm) tk 1 188 000 188 000 7 Mõõteandmete kogumise ja salvestamise seade (a laquantumx MX840) tk 1 86 000 86 000 8 Arvuti andmete kogumiseks tk 1 30 000 30 000 9 Siirdeandur tk 2 10 000 20 000 10 Inkliinomeeter tk 1 15 000 15 000 11 Veekõrguse andurid tk 10 2 000 20 000 12 Tarkvara tulemuste analüüsiks (Matlab, tk 1 25 000 25 000 LabView) 13 Muud väiksemad mõõteseadmed + reserv tk 1 50 000 50 000 Abiseadmed 14 Tõsteseade (ca 500 kg) tk 1 100 000 100 000 15 Kelgu rööpad (kinnitused + rööbas) m 106 500 53 000 16 Kelk mudeli vedamiseks (projekteerimine, ehitus, automaatika) tk 1 370 000 370 000 17 18 19 Lainegeneraator (projekteerimine, ehitamine, automaatika) Kelgu ja lainegeneraatori ühendatud kontrollsüsteem Kelgu, lainegeneraatori ja muude seadmete paigaldamine tk 1 509 000 509 000 tk 1 100 000 100 000 tk 1 200 000 200 000 Kokku: 1 947 000 Käibemaks 20%: 389 400 Summa: 2 336 400 27
Ehituskulude hinnaprognoos on antud Tabelites 5 ja 6. Ehitushind on toodud basseini ehitamisel maa peale ja maa alla. Ehituskulude ja seadmete soetusmaksumus kokku, ehk kogu investeerimisvajadus katsebasseini ehitamiseks ja seadmetega varustamiseks, on antud Tabelis 7. Tabel 5. Ehituskulude hinnaprognoos basseini ehitamisel maa alla (allikas Primus Saare OÜ) Jrk Ühiku Maksumus nr. Tööde liik M/Ü Maht hind (EEK) 500 PROJEKTEERIMINE 240 589 1 Konstruktiivne projekt obj 1 171849.6 171 850 2 Kommunikatsioonide projektid obj 1 68739.8 68 740 310 EHITUSSÜVEND JA TÄITED 1 099 142 1 Geodeetiline mahamärkimine obj 1 9165.3 9 165 2 Märktara ehitus obj 1 1529.1 1 529 3 Asfaltkatte eemaldus m2 450 41.1 18 482 4 Süvendi kaeve koos pinnase äraveoga m3 2700 93.1 251 401 5 Kaeviku toestus sulundseintega m2 1200 458.3 549 919 6 Basseiniruumi äärne tagasitäide ja tihendus liivaga m3 1100 244.2 268 645 320 KESSOONI JA RUUMI SEINTE EHITUS 2 029 870 1 Killustikaluste ehitus m2 500 252.6 126 286 2 Põhja armeerimine ja betoneerimine m3 105 3447.0 361 936 3 Ruumi seinte armeerimine ja betoneerimine m3 90 7894.6 710 516 4 Basseiniseinte armeerimine ja betoneerimine m3 44 6696.3 294 636 5 R/b laepaneelide paigaldus 265mm m2 368 596.8 219 614 6 Paneelide monolitiseerimine m2 368 88.5 32 570 7 Paneelidele kandva plaadi betoneerimine 150mm m2 450 631.8 284 312 324 SOOJUSTUS JA HÜDROISOLATSIOON 796 854 1 Basseini vertikaalne ja horisontaalne hüdroisolatsioon m2 470 253.2 118 987 Piirdeseinte- ja lae vertikaalne ja horisontaalne m2 2 hüdroisolatsioon 700 444.4 311 082 3 Soojustus Styrofoam 200mm (lae peale) m2 400 567.9 227 156 4 Soojustus Styrofoam 100mm m2 700 199.5 139 629 300 MUUD 1 140 446 1 Läbimurde ehitus ol.olevasse keldriseina obj 1 115712 115 712 2 Ol.oleva keldri ümberehitus obj 1 122013 122 013 3 Terassiinid basseini servas jm 100 401 40 098 Terassild siinidele (mudeli liigutusseadme obj 4 kinnitamiseks 1 22913 22 913 5 Ruumi seinte ja lagede viimistlus m2 820 169 139 273 6 Ruumi põranda plaatimine m2 215 380 81 777 7 Õueala afalteerimine koos aluse ehitusega m2 1200 515 618 659 400 KOMMUNIKATSIOONID 1 618 594 1 Ol.oleva küttetrassi ümbertõstmine jm 40 3666 146 645 2 Ol.oleva sidetrasside ümbertõstmine jm 22 1031 22 684 28
3 Basseini veevarustus obj 1 57283 57 283 4 Basseini kanalisatsioon obj 1 80196 80 196 5 Kanalisatsioonipumpla obj 1 252046 252 046 6 Basseiniseadmed (filtrid, pumbad, küttesõlm, torustikud jne) obj 1 343699 343 699 7 Ruumi küttetööd obj 1 126023 126 023 8 Ventilatsioonitööd (ka niiskuseristus) obj 1 366612 366 612 9 Nõrkvoolutööd (valve ja tulekahjusüsteem) obj 1 22913 22 913 10 Ruumi elektritööd obj 1 200491 200 491 700 EHITUSE KÕRVALKULUD 155 180 1 Ehitussoojak, konteiner, tualett obj 1 28091 28 091 2 Ehitusprahi utiliseerimine obj 1 34903 34 903 3 Ajutine piirded, tõstevahendid, tellingud obj 1 92186 92 186 KOKKU: 7 080 674 Käibemaks 20%: 1 416 135 SUMMA: 8 496 809 Tabel 6. Ehituskulude hinnaprognoos basseini ehitamisel maa peale (allikas Primus Saare OÜ) Jrk Ühiku Maksumus nr. Tööde liik M/Ü Maht hind (EEK) 500 PROJEKTEERIMINE 194 763 1 Konstruktiivne projekt obj 1 126023.0 126 023 2 Kommunikatsioonide projektid obj 1 68739.8 68 740 310 EHITUSSÜVEND JA TÄITED 167 762 1 Geodeetiline mahamärkimine obj 1 9165.3 9 165 2 Märktara ehitus obj 1 1529.1 1 529 3 Süvendi kaeve koos pinnase äraveoga m3 900 93.1 83 800 4 Basseinihoone äärne tagasitäide ja tihendus liivaga m3 300 244.2 73 267 320 BASSEINI KESSOONI EHITUS 781 199 1 Killustikaluste ehitus m2 500 252.6 126 286 2 Põhja armeerimine ja betoneerimine m3 70 3447.0 241 290 3 Basseiniseinte armeerimine ja betoneerimine m3 44 6696.3 294 636 4 Basseini vertikaalne ja horisontaalne hüdroisolatsioon m2 470 253.2 118 987 324 HOONE EHITUS 2 698 909 1 Post- ja plaatvundamentide rajamine m3 30 4926.4 147 791 2 Vundamendiseinte ladumine col.plokist 190mm m2 160 680.5 108 884 3 Vundamendi soojustus ja hüdroisolatsioon m2 160 276.7 44 268 4 Soojustatud aluspõranda betoneerimine m2 215 443.9 95 448 5 Taga- ja otsaseinte ladumine col.plokist 190mm m2 310 680.5 210 963 6 Taga- ja otsaseinte soojustus ja õhekrohv m2 310 614.1 190 364 7 Teras kandepostid, katusetalade, roovide paigaldus kg 15000 34.4 515 549 8 Alum.profiilis klaasfassaadi paigaldus m2 196 2635.0 516 465 9 Profiilplekist soojustatud katuse ehitus m2 520 1119.9 582 341 10 Liaplekkide paigaldus jm 400 113.4 45 368 11 Välisuks koos paigaldusega tk 1 18720.1 18 720 12 Siseseinte ja lae viimistlus m2 830 169.8 140 971 29
13 Põranda plaatimine m2 215 380.4 81 777 300 MUUD 423 896 1 Terassiinid basseini servas jm 100 401 40 098 2 Terassild siinidele (mudeli liigutusseadme kinnitamiseks obj 1 22913.3 22 913 3 Õueala afalteerimine koos aluse ehitusega m2 700 515.5 360 884 400 KOMMUNIKATSIOONID 1 670 378 1 Ol.oleva küttetrassi ümbertõstmine jm 40 3666 146 645 2 Basseini veevarustus obj 1 68740 68 740 3 Basseini kanalisatsioon obj 1 91653 91 653 4 Kanalisatsioonipumpla obj 1 206220 206 220 5 Basseiniseadmed (filtrid, pumbad, küttesõlm, torustikud jne) obj 1 343699 343 699 6 Ruumi küttetööd+trass obj 1 194763 194 763 7 Ventilatsioonitööd (ka niiskuseristus) obj 1 366612 366 612 8 Nõrkvoolutööd (valve ja tulekahjusüsteem) obj 1 22913 22 913 9 Ruumi elektritööd+välisvõrk obj 1 229132.8 229 133 700 EHITUSE KÕRVALKULUD 109 353 1 Ehitussoojak, konteiner, tualett obj 1 28091.4 28 091 2 Ehitusprahi utiliseerimine obj 1 34902.7 34 903 3 Ajutine piirded, tõstevahendid, tellingud obj 1 46359.3 46 359 KOKKU: Käibemaks 20%: SUMMA: 6 046 260 kr 1 209 252 kr 7 255 512 kr Tabel 7. Kogu investeerimisvajadus a) Basseini ehitamisel maa alla Kulu kokku km 20% Summa (EEK) Mõõte- ja abiseadmed 1 947 000 389400 2 336 400 soetamine Ehituskulu 7 080 674 1 416 135 8 496 809 Kokku: 9 027 674 1 805 535 10 833 209 b) Basseini ehitamisele maa peale Kulu kokku km 20% Summa (EEK) Mõõte- ja abiseadmed 1 947 000 389400 2 336 400 soetamine Ehituskulu 6 046 260 1 209 252 7 255 512 Kokku: 7 993 260 1 598 652 9 591 912 KOKKUVÕTE INVESTEERIMISVAJADUSTEST: Investeeringud mõõte- ja abiseadmetesse on ligikaudu 2.4 mln krooni ja ehituskulu basseini maa peale ehitamisel on hinnanguliselt 7.3 mln krooni ja maa alla ehitamisel 8.5 mln krooni. Seega on kogu investeerimiskulu vahemikus 9.6-10.8 mln krooni. Siin toodud hinnad sisaldavad käibemaksu. 30
8 Teenuste hind Katsebasseini teenuse hinna arvestamisel on hinnatud kulusid nagu töötajate palk, ruumi olmekulud ja seadmete hoolduskulu. Katsebasseini aastased kulud on toodud Tabelis 8. Kulude hindamisel on arvestatud, et basseinis töötab kaks inimest poole koormusega. Töötaja kuupalgaks on arvestatud 35 000 krooni. Samas, kuna Eestis on vähe antud ala spetsialiste ja eriti basseini esimestel aastatel võib osutuda vajalikuks palgata spetsialist(e) välismaalt, siis on võimalik ka tööjõukulude kasvamine teatud ulatuses. Seadmete hoolduskulu on hinnanguliselt 5000 krooni kuus ja basseini kommunaalkulud hinnanguliselt 8000 krooni kuus. Tabel 8. Katsebasseini püsikulud (EEK) Kulu Summa Osakaal 1. Personalikulu töötaja brutopalk (12x35 000 EEK/kuu) 420 000 töötaja kogu palgakulu 567 000 muud töötajaga seotud kulud (20%) 113 400 töötajate arv katsebasseinis 2 töötajate hõivatus katsebasseini teenustega aastane personalikulu: 0.5 680 400 81% 2. Muud püsikulud Seadmete hoolduskulu (12x5000 EEK/kuu) 60000 Basseini kommunaalkulud ja muud püsikulud (küte, elekter, internet, telefon jms) (12x8000 96000 EEK/kuus) aastased püsikulud kokku: 156 000 19% Kokku katsebasseini aastane kulu: 836 400 100% Basseini kulud kaetakse peamisel kommertsteenusena pakutavate katsetega. Hinnates katsebeseini esimestel tegutsemisaastatel aastaseks katsete arvuks ligikaudu 10, saame ühe tüüpilise katse hinnaks ligikaudu 85 0000 krooni. Samas sõltub iga katse või katseseeria konkreetne hind katse omadustest, vajalikest katsejooksude arvust ja mõõdetavate parameetrite keerukusest. Läänemereregiooni basseinides on sarnaste katsete hind hinnanguliselt 300 000-350 000 krooni. 31
9 Kokkuvõte VLEKK planeeritav katsebassein peab võimaldama laeva veetakistuse katselist määramist (resistance test) ja teatud ulatuses ka meresõiduomaduste (seakeeping test) ning manööverdamisvõime hindamist (manoeuvring test). Kompetentsikeskusse on sobiv pikk ja kitsas katsebassein (towing tank). VLEKK planeeritav katsebassein peab võimaldama järgmistele parameetritele vastava laeva katsetamist: pikkus ~30m, laius ~8m, süvis ~2.5m, kaal ~200ton, kiirus >35 kn. Pidades silmas tüüpilist mudelkatsete mõõtkava, vastab sellistele täismõõtkava parameetritele laevamudel parameetritega: pikkus ~3m, laius ~0.8m, süvis ~0.25m, kaal ~200 kg, kiirus >5.5 m/s. Vastavalt ITTC poolt kehtestatud soovitustele oleks sellise mudeli katsetamiseks sobiva katsebasseini parameetrid järgmised: pikkus >50m, laius 6m, süvis ~6.5m. Hoidmaks basseini mõõtmed piisavalt väikesed peaks bassein olema minimaalselt järgmiste mõõtmetega: pikkus ~50m, laius 5m, süvis 3-4 m. Võrdluses muude ülikoolides tegutsevate katsebasseinidega näitab, et VLEKK plaanitav katsebassein on oma mõõtmetelt sarnane keskmise ülikoolis tegutseva basseiniga. Võrreldes Läänemere regioonis tegutsevate katsebasseinidega on tegemist suhteliselt väikese basseiniga. Läänemere piirkonnas tegutsevate katsebasseinide teenuste valik katab Eesti väikelaevaehitajate vajadused, aga katsete maksumus on väga kõrge. Seega, VLEKK katsebasseini eeliseks on basseini väiksed dimensioonid ja sellest tulenev märgatavalt väiksem katsete hind. Tüüpilise lihtsa takistuskatse katse hinnaks VLEKK basseinis võiks olla ligikaudu 85 000 krooni võrreldes Läänemereregiooni basseinide hinnanguliselt 300 000-350 000 kroonise hinnaga. Basseini ehitamiseks oleks investeeringud mõõte- ja abiseadmetesse ligikaudu 2.4 mln krooni ja ehituskulu basseini maa peale ehitamisel on hinnanguliselt 7.3 mln krooni ja maa alla ehitamisel 8.5 ml krooni. Seega on kogu investeerimiskulu vahemikus 9.6 10.8 mln krooni. Siin toodud hinnad sisaldavad käibemaksu. 32
10 Viited ITTC 1 (1995) Catalog of Facilities. Saadaval lehelt: http://ittc.sname.org/catalogue%20of%20facilities/index.pdf Lewis EV (1998) Principles of Naval Architecture, volume 2. Society of Naval Architects Newman JN (1999) Marine Hydrodynamics. MIT Press, London, England. SNAME 1 (2002) ITTC Recommended Procedures and Guidelines. Testing and Extrapolation Methods High Speed Marine Vehicles. Resistance Test. Dokument nr. 7.5-02 -05-01. Saadaval lehelt: http://ittc.sname.org/2006_recomm_proc/7.5-02-05-01.pdf SNAME 2 (1999) Final report The Specialist Committee on Model Test of High Speed Marine Vehicles. Final Report and Recommendations to the 22nd ITTC. Saadaval lehelt: http://ittc.sname.org/model%20test%20hsmv.pdf SNAME 3 (2002) ITTC Recommended Procedures and Guidelines. Testing and Extrapolation Methods Resistance Resistance Test Saadaval lehelt: http://ittc.sname.org/2006_recomm_proc/7.5-02-02-01.pdf SNAME 4 (2005) ITTC Recommended Procedures and Guidelines. Saadaval lehelt: http://ittc.sname.org/2006_recomm_proc/0_0.pdf 33
Lisa 1. Katsebasseinid ülikoolides Allikas: ITTC (viide ITTC BASINS) Nr Institutsioon pikkus (m) laius (m) sügavus (m) kiirus (m/s) ruumala (m 3 ) 1 Webb Institute (1950) 28.35 3.05 1.52 5.50 131 2 VirginiaTech, Blacksburg 29.87 1.82 1.22 3.00 66 3 Southampton Univ. Lamont 30.00 2.40 1.20 2.50 86 4 MIT, Boston (1951) 30.40 2.60 1.37 4.00 108 Davidson Lab, Stevens 5 IT,Hoboken (1935) 30.50 2.74 1.37 3.00 114 6 UNO, New Orleans Univ. (1988) 30.80 4.60 2.10 3.66 298 7 USNA, Annapolis (1976) 36.60 2.44 1.67 6.00 149 8 Newcastle Univ. (1951) 37.00 3.75 1.27 3.00 176 9 Yokosuka City 40.00 4.00 2.00 2.00 320 10 Istanbul No2 (Tr) 40.00 2.00 1.00 2.00 80 11 David Taylor, Carderock (1941) 42.67 3.05 1.52 3.20 198 12 Purdue Univ. 47.55 3.35 1.52 3.80 242 13 Trieste -Univ. 50.00 3.10 1.75 8.50 271 14 Surabaya, Indonesia (1986) 50.00 3.00 1.80 4.00 270 15 Mitaka, Tokyo, No 3 (1972) 50.00 7.50 3.50 6.00 1313 16 Brest (Fr) 50.00 4.00 3.00 4.50 600 17 Rostock (De) 53.00 5.00 3.00 1.80 795 18 Gdansk, Tank No 2 (1972) 55.00 7.00 3.00 4.00 1155 19 ETSIN (1967) Madrid 56.00 3.80 2.20 3.50 468 20 Univ. Genova (1947/1979) 56.00 2.90 1.50 3.00 244 OERC-OCEANIC, StJohn, 21 Newfoundland 58.00 4.50 2.20 5.00 574 22 AMC Tasmania, Australia 60.00 3.50 1.50 4.60 315 23 Kobe, Univ. (1973) 60.00 6.00 1.50 2.00 540 24 Nagasaki (1985) 60.00 4.00 2.30 3.00 552 25 Southampton Solent Univ.(1968) 60.00 3.70 1.80 4.50 400 26 Glasgow (UK) 60.00 3.70 1.80 4.50 400 27 UCB Berkeley 61.00 2.40 1.50 2.57 220 OEC (1978) UBC Vancouver- 28 Canada 67.00 3.70 2.40 6.10 595 29 Osaka Prefecture Univ.(1949) 70.00 3.00 1.60 15.00 336 30 Glasgow Univ. (1963) Strathclyde 71.70 4.60 2.70 6.40 891 31 Inchon Univ. (1971) 75.00 5.00 2.70 3.00 1013 32 British Hovercraft No2 76.00 3.70 1.68 6.10 472 33 Pusan Univ. (1974) 80.00 5.00 3.00 5.00 1200 34 Tokyo Univ. (1937) 85.00 3.50 2.40 4.00 714 35 TU Delft Tank 2 (1954/1971) 85.00 2.75 1.25 3.00 292 36 Stellenbosch Univ. 92.00 4.50 2.70 8.20 1118 Davidson Lab, Stevens 37 IT,Hoboken (1943) 95.40 3.66 1.65 30.00 576 Nakameguro, small tank 38 (1936/1956) 97.70 3.50 2.00 5.00 684 34
39 IIHR -IOWA UNIV. 100.00 3.05 3.05 6.10 929 Michigan Univ. Ann Harbor 40 (1905/62/80/90) 109.70 6.70 3.50 6.10 2572 41 Kyushu (1927) 118.00 2.67 3.00 3.00 945 42 Johor, Malaysia (1996) 120.00 4.00 2.50 5.00 1200 Keskmine: 62.0 3.8 2.05 5.1 562 35
Lisa 2. Katsebasseinid Läänemere regioonis Nr. INSTITUUT basseini parameetrid sügavus/ pikkus L B laius pikkus/ laius sügavus laius mudeli pikkus maksimaalne kiirus ruumala vahemik L M [m] [m] [-] [m] [-] [m/s] (m 3 ) [m] [m] [-] 1 Danish Maritime Institute, Denmark 240 12.0 20.0 5.5 0.46 14.0 15 840 1.5-8 8 30 2 Aalto Universit+VTT, Finland 130 11.0 11.8 5.5 0.50 8.2 7 865 2-11 11 12 3 MARINTEK, Norway, tank I+III 260 10.5 24.8 5.6 0.53 0.5 15 288 8 8 33 4 MARINTEK, Norway, tank II 25 2.8 8.9 1.0 0.36 1.75 70 1.5 1.5 17 5 MARINTEK, Norway, Ocean tank 80 50.0 1.6 10.0 0.20 10 000 6 Ship Hydromechanics Division, Poland, Tank I 246.5 12.0 20.6 5.8 0.49 12.0 4 271 5-8 8 31 7 Ship Hydromechanics Division, Poland, Tank II 55 7.0 7.9 2.8 0.40 4.0 270 2.5-4 4 14 8 SSPA, Sweden 250 10.00 25.0 5.0 0.50 14.0 3 125 10 10 25 9 Krylov Institute, Russian, Tank I 134 6.70 20.0 3.4 0.51 5.5 763 4-5 5 27 10 Krylov Institute, Russian, Tank II 656 15.0 43.7 7.0 0.47 12.0 17 220 5-7 7 11 Krylov Institute, Russian, Tank III 637 15.0 42.5 7.0 0.47 16.0 16 721 4-8 8 12 Krylov Institute, Russian, shallow water basin 202.00 16.0 12.6 2.0 0.13 6.0 1 616 6 6 34 13 Krylov Institute, Russian, seakeeping basin 89.00 20.0 4.5 4.0 0.20 3.5 1 780 3.5 3.5 25 L B /L M 14 15 16 Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt GmbH, Large Towing Tank 300.00 18.0 16.7 6.0 0.33 8.0 8 100 2-12 12.0 25 Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt GmbH, Small Towing Tank and Shallow Water Flow Channel 80.00 5.0 16.0 3.0 0.60 3.6 300 2-6 6.0 13 Technische Universitaet Tostock Fachbereich Maschinenbau und Schiffstechnik, Germany, Rostock 53.00 5.0 10.6 3.0 0.60 4.0 199 2.5-5 5.0 11 VLEKK planeeritav 50.00 5.0 10.0 3.5 0.70 5.5 219 1.5-3 3.0 17 keskmine 215 13.5 17.9 4.8 0.42 7.5 6 464 5.8 6.9 22.7 36